本論文研究了側(cè)根在Zea nicaraguensis（一種玉米的野生親緣種）和玉米（Zea mays ssp.mays）中的染色體段滲入線中是否能夠形成徑向氧損失（Radial Oxygen Loss,ROL）的屏障。植物通常通過(guò)產(chǎn)生帶有通氣機(jī)構(gòu)的新不定根來(lái)應(yīng)對(duì)澇澇，許多濕地植物形成根系屏障，防止徑向O損失（ROL），但尚不清楚側(cè)根是否也是如此。研究結(jié)果表明，Zea nicaraguensis的側(cè)根在靜止、缺氧條件下能夠形成ROL屏障，而玉米的一個(gè)自交系（Mi29）則不能。揭示了側(cè)根在缺氧條件下能夠形成ROL障礙的能力，這對(duì)于理解植物在水淹土壤中的適應(yīng)機(jī)制具有重要意義。Zea nicaraguensis的側(cè)根通過(guò)形成ROL障礙，能夠有效減少氧氣的損失，維持根內(nèi)的氧氣水平，從而在缺氧環(huán)境中更好地生長(zhǎng)。檢驗(yàn)了由不定根產(chǎn)生的側(cè)根可以形成ROL屏障的假設(shè)，使用根套電極和氧氣微電極傳感器（unisense）來(lái)評(píng)估玉米（Zea mays ssp.mays）的ROL，玉米（Zea mays ssp.mays）滲入系具有ROL屏障形成基因座來(lái)自尼加拉根的玉米自交系（Mi29）。Z.nicaraguensis和IL#468的側(cè)根在停滯、脫氧條件下都形成ROL屏障，而Mi29則沒(méi)有。Z.nicaraguensis的側(cè)根比IL#468和Mi29具有更高的組織氧狀態(tài)。ROL屏障在根皮下/皮下可見(jiàn)為軟木脂。建模表明，有ROL屏障的情況下，側(cè)根可以長(zhǎng)到74毫米的最大長(zhǎng)度，但如果沒(méi)有屏障，只能長(zhǎng)到33毫米。這一發(fā)現(xiàn)對(duì)于理解植物在水淹土壤中的生長(zhǎng)和適應(yīng)具有重要意義。

圖1、玉米和玉米自交系Mi29（a-d）擴(kuò)散邊界層（負(fù)距離）和300μm根組織中Oprofile的示例，帶有側(cè)向和兩個(gè)Osensor的不定根示例（e）和根組織狀態(tài)總結(jié)（f）。剖面是用尖端直徑為10μm的Clark型Omicrosensor拍攝的（尖端在（e）中用*表示），并使用尖端直徑為500μm的O-optode（尖端在（e）中用**表示）。棒，5毫米。（f）中所示為目標(biāo)不定根的主頂點(diǎn)或基部以及Z.nicaraguensis的5-25毫米長(zhǎng)側(cè)根的皮層（根在充氣或脫氧培養(yǎng)基中）、Mi29或滲入線#468（IL#468）（均根在脫氧培養(yǎng)基中）。箱須圖顯示平均值（+）、中位數(shù)（水平線）、50%的觀測(cè)值（框）和最小值或最大值（誤差線）;n=3或4（重復(fù)表示使用一個(gè)不定根的單個(gè)植物）。對(duì)于面板（f），面板顯示了雙向方差分析測(cè)試物種/處理和根類(lèi)型/位置的結(jié)果。植物在脫氧培養(yǎng)基中生長(zhǎng)，根部在完整的21 d至24 d齡植物上進(jìn)行測(cè)量，根部浸入缺氧（2-5μmol Ol）和緩慢流動(dòng)的營(yíng)養(yǎng)液中，芽在空氣中;參見(jiàn)支持信息圖。S1為實(shí)驗(yàn)圖。在昏暗的光線下（<5μmol光子ms）和27°C（O溶解度=249μmol Ol，相當(dāng)于pOof 20.6 kPa）下進(jìn)行測(cè)量。

圖2、來(lái)自玉米、玉米自交系Mi29或滲入系#468（IL#468）側(cè)根的徑向卵形（ROL）。使用定制的根套管電極（a）在通氣溶液（b）中生長(zhǎng)的尼加拉根Z.nicaraguensis的約30毫米長(zhǎng)的側(cè)根上測(cè)量ROL的發(fā)生率（b）或尼加拉根Z.nicaraguensis、Mi29或IL#468，其根在停滯的脫氧溶液（c-e）中。數(shù)據(jù)均值為SE（n=3或4）;重復(fù)代表使用一個(gè)不定根的單個(gè)植物。桿，10毫米。

圖3、玉米側(cè)根、玉米自交系Mi29或滲入系#468（IL#468）的徑向卵形（ROL）。使用尖端直徑為10或25μm的定制Clark型微型傳感器（a，微型傳感器用*表示）測(cè)量ROL的速率，并使用Henriksen等人的方程計(jì)算ROL，來(lái)自完整21 d齡至24 d齡植物的擴(kuò)散邊界層（b，c）中的O測(cè)量值，根部浸入缺氧營(yíng)養(yǎng)液（2-5μmol Ol）中，芽在空氣中。ROL的速率（d，e）顯示在箱須圖中，帶有中位數(shù)（水平線）、50%的觀測(cè)值（框）和最小值或最大值（誤差線）;n=3或4（重復(fù)表示使用一個(gè)不定根的單個(gè)植物）。在（d）和（e）中，正值表示根部的Oflux（即ROL），而負(fù)值表示根部的Oflux（即Oconsumption）。不同的字母表示顯著差異（P<0.05）;Mann-Whitney檢驗(yàn)。在昏暗的光線下（<5μmol光子ms）和27°C（溶解度=249μmol Ol對(duì)應(yīng)于pOof 20.6 kPa）下進(jìn)行測(cè)量，外部培養(yǎng)基中的Oconcentration為2-5μmol Ol.Bar，1 mm

圖4、使用亞甲藍(lán)染色測(cè)定法評(píng)估玉米（Z.）nicaraguensis、玉米自交系Mi29或滲入系#468（IL#468）側(cè)根的徑向卵形。藍(lán)色染色表明O從根滲漏到溶液中。Z.尼加拉根西斯在充氣（a）和停滯、脫氧條件下生長(zhǎng)（b），Mi29（c）和IL#468（d）在停滯、脫氧條件下生長(zhǎng)。從80-120天齡的植物中選擇長(zhǎng)度為21-21毫米的不定根，并修剪所有其他根。測(cè)定在室溫下在白光下進(jìn)行。

圖5、玉米（Z.）nicaraguensis、玉米自交系Mi29或滲入系#468（IL#468）側(cè)根中木脂蛋白的組織化學(xué)染色。Z.nicaraguensis在通氣（a，e，i）和停滯、脫氧條件（b，f，j）下生長(zhǎng)，Mi29（c，g，k）和IL#468（d，h，l）在停滯、脫氧條件下生長(zhǎng)。從21天齡的植物中挑選出20-30毫米長(zhǎng)的側(cè)根，這些側(cè)根長(zhǎng)為80-120毫米，長(zhǎng)80-120毫米。使用振動(dòng)切片機(jī)在距根尖5（i-l）、10（e-h）和20（a-d）mm處制作80μm厚的橫截面。橫截面用0.01%氟黃088染色。在UV照射下，軟木蛋白染色檢測(cè)為黃綠色熒光。

總結(jié)：

本論文首次證明側(cè)根也能形成ROL屏障，挑戰(zhàn)了傳統(tǒng)認(rèn)知（認(rèn)為側(cè)根是氧氣泄漏的主要部位），揭示了ROL屏障對(duì)植物耐澇性的重要性，并為耐澇作物育種提供新思路。